Maddelerin tanecikleri sürekli hareket hâlindedir. Isı alan bir maddenin sıcaklığı genellikle artar. Dolayısıyla taneciklerinin hareketi hızlanır. Isı veren bir maddenin sıcaklığı genellikle azalır. Dolayısıyla taneciklerinin hareketi yavaşlar. Isı alan ve ısı veren bir maddeyi oluşturan taneciklerin farklı zamanlardaki hareketlerini gösteren modeller aşağıdaki gibi olabilir.
Aynı maddenin eşit kütleleri, özdeş ısıtıcılarla farklı süre ısıtılırsa sıcaklık değişimleri farklı olur. Bunu bir deneyle gözlemleyebiliriz. Ayrı ayrı erlenmayerlere 300’er mL musluk suyu koyalım. Özdeş ısı kaynakları ile aynı anda erlenmayerleri ısıtmaya başlayalım. Erlenmayerlerden birini 1 dakika, diğerini 2 dakika ısıttıktan sonra suların sıcaklıklarını ölçelim. Bu durumda suların sıcaklıklarının farklı olduğunu görürüz. Daha uzun süre ısıtılan erlenmayerdeki suya verilen ısı enerjisi daha fazla olduğu için, bu erlenmayerdeki suyun sıcaklık artışı daha fazla olur. Aynı maddenin farklı kütleleri, özdeş ısıtıcılarla eşit süre ısıtılırsa sıcaklık değişimleri farklı olur. Bunu bir deneyle gözlemleyebiliriz.
Ayrı ayrı erlenmayerlere 300 mL ve 400 mL musluk suyu koyalım. Özdeş ısı kaynakları ile aynı anda erlenmayerleri ısıtmaya başlayalım. 1 dakika sonra suların sıcaklıklarını ölçtüğümüzde, sonuçların farklı olduğunu görürüz. Miktarı fazla olan suyun son sıcaklığı daha az, miktarı az olan suyun son sıcaklığı daha fazla olur. İlk sıcaklıkları ve cinsleri aynı, kütleleri farklı maddeleri aynı sıcaklığa getirmek için, kütlesi fazla olanın daha uzun süre ısıtılması ya da daha çok ısı yayan ısı kaynağının kullanılması gerekir. Sıcaklıkları ve cinsleri aynı, kütleleri farklı olan maddeler özdeş ısıtıcılar ile ısıtıldığında maddelerin sıcaklıklarının zamana bağlı değişim grafikleri aşağıdaki gibi olur.
Aynı maddenin farklı kütleleri düşünüldüğünde, kütlesi fazla olanın daha çok tanecik içerdiği söylenebilir. Bu durumda maddelerin aynı sıcaklığa ulaşabilmesi için kütlesi fazla olan maddeye daha fazla ısı aktarılması gerekir. Bir madde ısıtılmaya başlandığında ısı kaynağına yakın taneciklerin hareket enerjisi artar ve bu tanecikler, yanlarındaki diğer taneciklerle çarpışarak enerjilerinin bir kısmını diğer taneciklere aktarırlar.
Aşağıda I. şekilde gördüğümüz gibi madde miktarı fazla olduğunda tanecik sayısı da fazla olur. Dolayısıyla madde miktarı fazla olanın (I. şekil), madde miktarı az olanla (II. şekil) aynı sıcaklığa gelmesi için daha fazla ısıtılması gerekir. Çünkü enerji daha fazla sayıda taneciğe aktarılacaktır.
Bir madde ne kadar çok tanecikten oluşuyorsa toplam hareket enerjisi de o kadar fazladır. Bir maddenin kendisinden daha soğuk başka bir
maddeye aktaracağı enerji, o maddenin tanecik sayısına bağlıdır. Örneğin aynı sıcaklıktaki bir sürahi su ile bir bardak sudan, sürahideki su daha çok tanecik içerdiği için taneciklerinin toplam hareket enerjisi daha fazladır. Bu durumda kendisinden daha soğuk bir maddeye aktaracağı enerji, bardaktaki suya oranla daha fazladır. Aynı sıcaklıktaki bir sürahi ve bir bardak sudan, sürahideki su daha fazla miktarda buz eritebilir. Hatta farklı sıcaklıktaki iki maddeden sıcaklığı düşük olanın kütlesi fazla ise bu madde daha fazla tanecik içerdiğinden toplam enerjisi sıcaklığı fazla olana göre daha fazla olabilir. Bu sayede, başka bir maddeye daha fazla enerji aktarabilir.
Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için maddeye verilmesi veya maddeden alınması gereken ısı enerjisi aşağıdaki eşitlikle bulunur.
Kütle = m
Özisi = c
Sıcaklık değişimi = Δt = tson — tilk
Isı Enerjisi = Q
Q= m.c.Δt
Sıcaklıkları farklı iki madde bir araya getirildiğinde sıcaklığı yüksek olan maddeden, sıcaklığı düşük olan maddeye doğru ısı akışı olur. Bunun sonucunda sıcak madde soğur, soğuk madde ısınır. Örneğin, elimize buz parçası aldığımızda ısı akışının yönü, elimizden buza doğru olur. Çünkü elimiz daha sıcaktır. Sıcaklıkları eşit iki madde arasında ısı aktarımı gerçekleşmez.
Sıcaklıkları farklı iki madde bir araya getirildiğinde, ısı akışı maddeler aynı sıcaklığa ulaşıncaya kadar devam eder. Bu sıcaklığa son sıcaklık ya da denge sıcaklığı (td) denir. Denge sıcaklığı, maddelerin ilk sıcaklıkları arasında bir değer alır.
Isı alışverişlerinde soğuk maddenin sıcak maddeden aldığı ısı miktarı ile sıcak maddenin soğuk maddeye verdiği ısı miktarı birbirine eşittir.
Qalınan = Qverilen
Sıcaklıkları farklı, cinsleri aynı olan n tane sıvıdan eşit kütlelerde alınarak karıştırılırsa, karışımın sıcaklığı, sıvıların sıcaklıklarının aritmetik ortalaması ile bulunur.
Sıcaklıkları farklı, cinsleri aynı olan n tane sıvıdan farklı kütlelerde alınarak karıştırılırsa, karışımın sıcaklığı, kütlesi fazla olan sıvının sıcaklığına daha yakın olur ve aşağıdaki eşitlikle bulunur.
